前言

在磁粉探伤中,选择直流磁化还是交流磁化是学术界仍有争论的问题,由于两种磁化方法各有其优点, 因此国内外很多磁粉探伤的标准和规范都肯定了两种磁化方法。直流没有集肤效应,在距表面较深处有大的磁通密度,能检测表面下深的缺陷,是大家公论的优点,有些国外标准规定使用直流磁场磁粉探伤, 例如美国军队(MIL)标准《磁粉检测规范》规定:“磁通应由直流电或永久磁铁产生,”美国波音标准《磁粉检验》规定:“除非另有规定, 只采用下例几种磁粉检查方法:(1)荧光直流湿连续法;(2)非荧光直流湿连续法;(3)荧光直流干连续法;(4)非荧光直流干连续法”。美国军队(MIL) 标准《磁粉探伤设备》中Ⅱ型固定式设备和V型移动式设备也规定磁化电流有三相全波整流电,因此北美和西欧一些国家广泛使用直流磁场磁粉探伤。

目前,除了国内本身探伤工作的需要外,随着对外开放政策的推进, 与国外协作和贸易事业的往来在不断发展, 按照国外标准用直流磁场进行磁粉探伤的越来越多,我国国家标准《磁探伤探伤机》也规定磁化电流有全波整流电,又规定:“退磁装置:一般采用何种方法磁化则采用何种方法退磁, 退磁后试件表面的磁场强度不得大于1000/2π,A/m(≤2O e)”同时由于受传统习惯和交流磁场表面灵敏度高易退磁等一系列因素的影响, 很多用户又希望直流探伤机能保持有交流输出的功能,为了解决用户的这种需求,我们采用了国家《磁探伤探伤机》标准,参照采用了美国军队(MIL)和波音标准,同时,结合国外同类产品之不足, 研制了这种既具有三相全波整流电和超低频退磁功能, 又具有交流输出和退磁或交直流同时输出(此时直流为单相半波)的多功能磁探伤探伤机,经过努力,我们研制成功了CEW-10000型超低频退磁多功能磁粉探伤机。

研制CEW-10000型超低频退磁多功能磁探伤探伤机的方案

根据我国国家标准《磁探伤探伤机》规定, 本机属固定立式磁化电源及其控制部分, 可利用本机附件支杆探头和其它附件作直流探伤和超低频退磁或作交直流复合磁化用。也可与10000A以下的多种新老式夹持装置配合使用。

(1)主电路方案

根据美国军队(MIL)标准《磁粉探伤设备》规定,额定电流符合该标准Ⅰ规定即2000安培、5000安培、6000安培;该标准还规定:“磁化电流应是低电压大电流,……用干式整流器或半导体整流器从三相电源经三相整流获得直流电”、……“磁化电流应能从满载电流的10%到100%,可调节”、“用作纵向磁化的线圈应是低电压”大电流激磁的……”。“退磁电流应是低电压大电流的衰减式换极性直流电和交流电(由使用者选择),衰减点应有30点或更多点。 最大退磁电流应是以达到表Ⅰ所列输出磁化电流的大小以对零件退磁”。我们选择了磁化电流、纵向磁化线圈激磁电流和退磁电流都是低电压、大电流,其额定值为10000安培,且从0~10000安培可调节,可预选。

为实施上述方案,我们专门设计了既能用于磁化,又能用于退磁的带平衡电抗器的双得星形晶闸管整流电路。这种电路能够使用两组整流电路同时工作, 每组中的每个整流元件将导电1/3周期,从而提高了主变压器的利用率, 而且每组整流元件只负担总电流的一半。与三相桥式电路相比, 只有一半管压降损耗和每个元件只通过一半的平均电流。这种电路适合低电压大电流输出用, 并且在目前可能提供的国产晶体管条件下,不必用并联均流等措施,大大简化了电路和结构; 更主要的是这种电路能使晶闸管在大电流退磁的换及性和幅度自动衰减电路中,兼作无触开关和自动调压元件。 配合触发电路将主电路进行不同的组合可同时输出三个半波直流或一路交流和两路半波直流。经计算, 要磁粉探伤所需的工作周期下,元件温升也可控制在安全范围内。

(2)控制电路方案

根据主电路的特点,用户的要求,并取国外多种磁粉探伤机的优点, 我们采用了目前比较先进而且技术比较成熟的MCS-51系列的8032单片机, 它是有三个定时计数器,正如满足三相电源不同的定时器需要,为了达到一套系统同时控制十二路可控硅及与输入输出各种信息的通信,在8032基础上扩展了一片2764(程序程贮器)一片2816A转换器和一片8279(键盘、显示器管理芯片), 在系统软件中,设计了磁化电流、磁化时间等多种参数的预选功能,使用者在操作前可首先预选所需电流,毋需估计电流大小和作大电流调节,设计了磁化电流自动调节装置,使负载在一定范围内变化时,输出电流基本不变,免除了通常由于电缆长度、零件大小、接触不良等负载电阻的变化,而造成电流达不到预置值的烦脑,设计了用控制电压作自动衰减的方法,具有五种不同频率的超低频、 幅度自动衰减的自动换极性退磁控制系统,使用者可根据退磁需要,选择退磁频率, 并使退磁满足上述标准所提出的要求。

(3)保护电路方案

除了用熔断器作过电流保护外, 考虑到本机所用接在低电压一边的大电流晶闸管较多,需要快速过电流保护,我们采用了集成霍尔开关作为传感器, 它能很快地将磁信号转换为数字信号分两路送出,其中一路送CPU系统, 使触发电路无触发脉冲输出,晶曾管不工作,同时另一路送保护电路断开主接触器和整机电源,达到保护晶闸管的目的。